基于力學(xué)平衡條件電子束焊接匙孔形態(tài)的研究.pdf

1、匙孔形態(tài)的研究是電子束焊接研究的難點(diǎn)之一。本文在電子束焊接匙孔壁面受力平衡研究基礎(chǔ)上，分析了匙孔壁面金屬蒸發(fā)情況，以及金屬蒸氣分子在真空室內(nèi)的分布規(guī)律；建立了電子束焊接過(guò)程溫度場(chǎng)、熔池流場(chǎng)、匙孔形態(tài)演變耦合分析的數(shù)值計(jì)算模型。匙孔形態(tài)以及與之密切聯(lián)系的金屬蒸發(fā)、熔池流動(dòng)的研究對(duì)于電子束焊接質(zhì)量控制有著重要意義。
　　受力平衡研究表明，在電子束焊接過(guò)程中，匙孔壁面法向主要受金屬蒸氣反沖壓力、表面張力附加壓力、流體靜壓力、熔池旋轉(zhuǎn)向心

2、力的作用；匙孔動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，法向上受力平衡；金屬蒸氣反沖壓力和匙孔壁面表面張力是維持匙孔動(dòng)態(tài)平衡的主要作用力。金屬蒸發(fā)研究表明，電子束焊接過(guò)程中，匙孔底部金屬蒸發(fā)速率最大，相應(yīng)的金屬蒸發(fā)熱損失在匙孔底部達(dá)到最大值；金屬蒸氣分子集中分布于電子束與工件相互作用區(qū)域的小尺寸范圍內(nèi)，且隨軸向、徑向尺寸的增加而迅速減少。
　　以匙孔壁面力學(xué)平衡條件為基礎(chǔ)，結(jié)合金屬蒸發(fā)的研究，建立了電子束縱向穿透過(guò)程數(shù)學(xué)模型，并對(duì)電子束焊接過(guò)程中熱量傳遞、匙孔

3、形態(tài)演變以及熔池流動(dòng)特征進(jìn)行了耦合模擬，通過(guò)焊接試驗(yàn)對(duì)模型合理性進(jìn)行了評(píng)判。在該模型中，采用VOF(VolumeofFluid)方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)匙孔形態(tài)變化的跟蹤。結(jié)果表明，電子束焊接過(guò)程中驅(qū)動(dòng)液態(tài)金屬流動(dòng)有三方面作用機(jī)制。一是與金屬蒸發(fā)相關(guān)的金屬蒸氣反沖壓力的驅(qū)動(dòng)；二是與表面張力有關(guān)的附加壓力以及Marangoni剪切力的驅(qū)動(dòng)；三是熔池與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)。三種驅(qū)動(dòng)機(jī)制的共同作用導(dǎo)致了熔池內(nèi)部復(fù)雜的流動(dòng)特征。電子束焊接過(guò)程中匙孔形態(tài)的波